無線通信系統(tǒng)中的閉環(huán)MIMO技術(shù)綜述

　　圖3 閉環(huán)MIMO SVD結(jié)構(gòu)圖

　　其中，U和V分別是接收端和發(fā)射端的預(yù)處理矩陣，D是信道H的奇異值矩陣，U和V為酉矩陣，D為對角矩陣。

　　3 閉環(huán)MIMO技術(shù)分析

　　3.1 基于碼本的預(yù)編碼技術(shù)

　　在實(shí)際通信系統(tǒng)中，反饋信道信息會(huì)占用較多的資源，而且在快衰落信道中，對反饋信息的效率和準(zhǔn)確度要求較高，這時(shí)采用部分反饋的方法較為合適。最典型的部分反饋方案包括：基于碼本的預(yù)編碼，基于統(tǒng)計(jì)量的預(yù)編碼等。接收端收到訓(xùn)練序列之后，從一系列的碼字集中搜索出來的最佳的預(yù)編碼矩陣 ，并將其序號和信道信噪比信息反饋給發(fā)射端。

　　碼本的構(gòu)造和選擇是預(yù)編碼技術(shù)的首要問題。碼本是對最優(yōu)預(yù)編碼矩陣的一個(gè)量化，碼本的大小和各碼字之間的距離影響預(yù)編碼的性能。典型的碼本構(gòu)造包括Grassmannian方法和正交碼字構(gòu)造法。前者是根據(jù)決定Grassmannian流形來使得任意兩個(gè)碼字之間的歐氏距離最大，后者是利用正交矩陣進(jìn)行構(gòu)造，如FFT，DCT和Harmard矩陣等。前者屬于非規(guī)則碼字，兩個(gè)碼字之間有干擾，而后者任意兩個(gè)碼字之間相互正交。

　　3.2 基于SVD分解的預(yù)編碼技術(shù)

　　SVD分解相當(dāng)于通過虛擬的m(m3.3 多用戶系統(tǒng)的預(yù)編碼技術(shù)

　　隨著MIMO技術(shù)的成熟，多用戶MIMO技術(shù)也將應(yīng)用于實(shí)際的無線通信系統(tǒng)。典型的應(yīng)用如多個(gè)接收天線的移動(dòng)臺(tái)的多用戶分集傳輸和多用戶檢測等，使系統(tǒng)的吞吐量最大化。預(yù)編碼(波束成形)方法會(huì)選擇最高SNR的用戶，并使得不同用戶之間的干擾最小。和點(diǎn)對點(diǎn)的系統(tǒng)相比，這時(shí)基站端不僅要處理不同移動(dòng)臺(tái)反饋的信道信息，還要對不同用戶之間的預(yù)編碼進(jìn)行矩陣匹配，以獲得最佳的數(shù)據(jù)傳輸。

　　以上這些根據(jù)信道信息采用的預(yù)編碼(波束成形)方案，其發(fā)射和接收機(jī)制的優(yōu)化準(zhǔn)則包括：

　　(1)信道信息(CSI)的誤差;

　　(2)反饋信息(碼本)的設(shè)計(jì);

　　(3)反饋信息的優(yōu)化策略(碼本的選擇)。

　　4 仿真以驗(yàn)證預(yù)編碼的效果。我們采用ITU信道模型(步行A，3km/h)，設(shè)發(fā)射天線數(shù)為2，接收天線數(shù)為2，調(diào)制方式為64QAM，采用1/2卷積編碼。發(fā)射天線和接收天線的相關(guān)系數(shù)分別為0.2和0，信道為平衰落Rayleigh信道模型，假設(shè)各天線間信道相互獨(dú)立?；跓o反饋STC空時(shí)編碼、SVD的預(yù)編碼反饋和理想反饋的誤包率曲線如圖4所示。從圖中可以看出，閉環(huán)MIMO系統(tǒng)要優(yōu)于開環(huán)系統(tǒng)，基于SVD的與編碼系統(tǒng)要優(yōu)于有碼本的預(yù)編碼系統(tǒng)。

　　圖4 閉環(huán)和開環(huán)MIMO系統(tǒng)的性能比較

　　5 結(jié)束語

　　從以上討論和仿真結(jié)果可以看出，閉環(huán)MIMO技術(shù)是未來移動(dòng)通信中一種很有潛力的技術(shù)。隨著MIMO技術(shù)在蜂窩網(wǎng)中的應(yīng)用越來越成熟，關(guān)于MIMO技術(shù)的研究也從單用戶點(diǎn)到點(diǎn)的環(huán)境中擴(kuò)大到多用戶MIMO系統(tǒng)。多用戶MIMO的閉環(huán)解決方案也是3G LTE和WiMAX系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一。最常見的解決方案包括：塊對角化、逐次最優(yōu)化、波束成形法以及結(jié)合空時(shí)編碼來消除多用戶之間的干擾。

　　對于閉環(huán)MIMO-OFDM系統(tǒng)，如果各子載波都要進(jìn)行信道信息反饋，則反饋鏈路的開銷較大。如何設(shè)計(jì)減小反饋的數(shù)據(jù)量，也是MIMO-OFDM系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)之一。